(57)【要約】 【課題】  プロジェクタの効率を高めるために、偏光されていない光を偏光された光に変換すること。【解決手段】偏光されていない入力光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を生成する第１の光学素子（１０）と、第１および第２のセットのビーム（３４、３６）のそれぞれの偏光状態を実質的に同等の得られる偏光状態へと等しくする傾向がある、第２の光学素子（３２）とを含む光学デバイスが開示される。第２の光学素子（３２）は、１回以上の変化で導入された分散の効果が他方の１回以上の変化で導入された分散の効果によって補償されるように、少なくとも２回の連続的な偏光状態の変化を第１および第２のセットのいずれかまたは両方の各またはそのビームに付与する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光されていない入力光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を生成する第１の光学素子（１０）と、少なくとも２回の連続的な偏光状態の変化を該第１および第２のセットのいずれかまたは両方の各または該ビームに付与することによって、該第１および第２のセットのビーム（３４、３６）のそれぞれの偏光状態を実質的に同等の得られる偏光状態へと等しくする傾向があり、１回以上の該変化で導入された分散の効果は他方の１回以上の該変化で導入された分散の効果によって補償される、第２の光学素子（３２）とを含む、光学デバイス。
【請求項２】
前記第２の光学素子（３２）は、２回の連続的な偏光状態の変化を付与する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の偏光状態は直線偏光状態である、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２の偏光状態は直線偏光状態である、請求項１、２、または３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１の偏光状態は前記第２の偏光状態と実質的に直交する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記得られる偏光状態は直線偏光状態である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記得られる偏光状態は前記第１の偏光状態と実質的に同じである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の光学素子（３２）は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）からの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域（４４、４６）を有するパターン偏光変更素子（３８）を含み、該第１のセット（４４）の該または各領域は、該第２のセット（４６）の該または各領域と異なる偏光変更特性を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、材料の連続的な層として形成される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、請求項４７に記載されるパターン偏光変更素子である、請求項８または９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、パターンリターダーである、請求項８、９、または１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１のセット（４４）の該または各領域は、第１の方向に並べられた光学軸を有し、前記第２のセット（４６）の該または各領域は、該第１の方向とは異なる第２の方向に並べられる、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記パターンリターダー（３８）は、光学的に異方性の材料の連続的な層として形成される、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第１のセット（４４）の該または各領域は、所定の可視波長の半波長板として機能する、請求項１１、１２、または１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第２のセット（４６）の該または各領域は、所定の可視波長の半波長板として機能する、請求項１１〜１４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１６】
前記所定の可視波長は、４７０〜５７０ｎｍの範囲内である、請求項１４または１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記第１および第２の方向は、第１の偏光方向に対して、それぞれ、−２２．５°および＋２５°の角度で配向される、請求項４に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１および第２の方向は、第１の偏光方向に対して、それぞれ、−２２．５°および＋２２．５°の角度で配向される、請求項４に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記均一リターダー（４０；４３）は所定の可視波長について反波長板として機能する、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記所定の可視波長は、４７０〜５７０ｎｍの範囲内である、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、パターンリターダーである、請求項８、９、または１０に記載のデバイスであって、前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み、該パターンリターダー（３８）は、前記第１の光学素子（１０）と該均一リターダー（４０；４３）との間に配置される、デバイス。
【請求項２３】
前記第１の偏光状態は直線偏光状態である、請求項１または２に記載のデバイスであって、前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み、該第３の方向は、前記第１の偏光方向に対して、＋６７．５°の角度で配向される、デバイス。
【請求項２４】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、パターンリターダーである、請求項８、９、または１０に記載のデバイスであって、前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み、該均一リターダー（４３）は、前記パターンリターダー（３８）の支持部材（４３）として光学的に異方性の材料から製造され、該パターンリターダー（３８）は該支持部材（４３）との一体型ユニットを形成する、デバイス。
【請求項２５】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、パターンリターダーである、請求項８、９、または１０に記載のデバイスであって、前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み、光学的に等方性の材料から製造され、該パターンリターダーおよび均一リターダー（３８、４０）を形成する支持部材（４２）をさらに含む、デバイス。
【請求項２６】
前記パターンリターダーおよび均一リターダー（３８、４０）は、前記支持部材（４２）の反対側の面に配置されている、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記支持部材（４２；４３）のある領域に他の素子がなく、他の素子を傷つけることなく該領域がはさまれることを可能にしている、請求項２４、２５、または２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記素子がない領域は、少なくとも部分的に、前記パターンリターダー（３８）を囲んでいる、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記一体型ユニットはまた、前記第１の光学素子（１０）を含む、請求項２４〜２８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項３０】
前記第１の光学素子（１０）は、偏光ビームスプリッタアレイである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３１】
偏光されていない入力光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を生成する第１の光学素子（１０）と、該第１および第２のセットのビーム（３４、３６）のそれぞれの偏光状態を実質的に同等の偏光状態へと等しくする傾向がある、第２の光学素子（１３２）とを含み、該第２の光学素子（１３２）は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）からの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域（１３２ｂ、１３２ａ／ｃ）を有するパターン偏光変更素子（１３２）を含み、該第１のセット（１３２ｂ）の該または各領域は、該第２のセット（１３２ａ／ｃ）の該または各領域と異なる偏光変更特性を有し、該第１のセット（１３２ｂ）の該または各領域はねじれネマチック構造の液晶材料を含む、光学デバイス。
【請求項３２】
前記第２の光学素子（１３２）は、前記液晶材料がＭａｕｇｉｎ条件で動作するように適応される、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記第２の偏光状態は直線偏光状態である、請求項３１または３２に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記第１の偏光状態は直線偏光状態である、請求項３１、３２または３３に記載のデバイス。
【請求項３５】
前記第１のセット（１３２ｂ）の該または各領域は、前記第１のセットのビーム（３４）の偏光状態が、実質的に９０度回転するように適応され、前記第２のセット（１３２ａ／ｃ）の該または各領域は、前記第２のセットのビーム（３６）に実質的に影響を与えないように適応される、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記第２のセット（１３２ａ）の該または各領域は、実質的に等方性の材料を含む、請求項３１〜３５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項３７】
前記第２のセット（１３２ｃ）の該または各領域は、Ｆｒｅｅｄｅｒｅｉｃｋｓｚ構造の液晶材料を含み、前記第２のセットのビーム（３６）の偏光状態は、該第２の領域（１３２ｃ）の液晶ディレクタの配向に対して、実質的に平行または垂直になるように配置される、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記パターン偏光変更素子（１３２）は、材料の連続的な層として形成される、請求項３１〜３７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項３９】
偏光されていない入力光を受ける第１のマイクロレンズアレイ（６）と、実質的に、該第１のマイクロレンズアレイ（６）の焦点面において、該第１のマイクロレンズアレイ（６）と光学的に並ぶように配置される第２のマイクロレンズアレイ（８）と、該第２のマイクロレンズアレイ（８）からの光から実質的に同等の偏光状態を有する前記第１および第２のセットのビームを生成する請求項３１に記載のデバイスとを含む、偏光変換光学系。
【請求項４０】
ストレイライトを減衰させるシールド手段（５５）をさらに含む、請求項３９に記載の光学系。
【請求項４１】
前記シールド手段（５５）は、ストレイライトをブロックする、前記第２の光学素子（３２）の一部としてマスクを含む、請求項４０に記載の光学系。
【請求項４２】
前記シールド手段は、前記ストレイライトの偏光を回転させる偏光回転マスクと、続いて該光をブロックする偏向子とを含む、請求項４０に記載の光学系。
【請求項４３】
偏光されていない入力光を受ける第１のマイクロレンズアレイ（６）と、実質的に、該第１のマイクロレンズアレイ（６）の焦点面において、該第１のマイクロレンズアレイ（６）と光学的に並ぶように配置される第２のマイクロレンズアレイ（８）と、光学デバイス（３３’）であって、該第２のマイクロレンズアレイ（８）からの光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を生成する第１の光学素子（１０）、ならびに該第１および第２のセットのビーム（３４、３６）のそれぞれの偏光状態を実質的に同等の偏光状態へと等しくする傾向がある、第２の光学素子（３２’）を含み、該第２の光学素子（３２’）は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）からの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域を有するパターン偏光変更素子（３２’）を含み、該第１のセットの該または各領域は、該第２のセットの該または各領域と異なる偏光変更特性を有する、デバイスとを含み、該パターン偏光変更素子（３２’）は材料の連続的な層として形成される、偏光変換光学系。
【請求項４４】
前記パターン偏光変更素子（３２’）は、複屈折材料の連続的な層として形成される、パターンリターダーである、請求項４３に記載の光学系。
【請求項４５】
光源（２）と、請求項３９〜４４のいずれかに記載の光学系（３１；３１’）と、空間光変調器（１８）とを含む、投影システム。
【請求項４６】
前記空間光変調器（１８）は、液晶ディスプレイである、請求項４５に記載の投影システム。
【請求項４７】
少なくとも第１および第２のセットの伸長領域（４４、４６）を含むパターン偏光変更光学素子であって、該第１のセット（４４）の該または各領域は、該第２のセット（４６）の該または各領域とは異なる偏光変更特性を有し、該第１のセットおよび第２のセット（４４、４６）の該または各領域は、観念的には、その長さに沿って、ある間隔で、サブ領域にサブ分割され、マスキングストリップ（５５）は、それぞれ、該第１および第２のセットの領域のいずれか、または両方の隣接するサブ領域間の境界、および／または隣接する領域間の境界の上に配置される、パターン偏光変更光学素子。
【請求項４８】
前記マスキングストリップ（５５）は、その上の光を減衰させる、請求項４７に記載の光学素子。
【請求項４９】
前記マスキングストリップ（５５）は、その上の光の偏光状態を変化させる、請求項４７または４８に記載の光学素子。
【請求項５０】
パターンリターダーである、請求項４７、４８、または４９に記載の光学素子。
【請求項５１】
基板（４２）の上に前記光学素子が該光学素子を囲む該基板（４２）のある領域を残して搭載され、該光学素子が傷つけられることなく該領域がはさまれることが可能になる、基板（４２）をさらに含む、請求項４７〜５０のいずれかに記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、例えば、液晶プロジェクタにおいて、プロジェクタの効率を高めるために、偏光されていない光を偏光された光に変換するように用いられる、偏光変換光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光光学系は、液晶パネルを空間光変調器として利用する投影システムにおいて広く用いられている。図１に、代表的な従来技術による偏光変換光学系を示す。光源２は、強度分布が均一でない、偏光されていない光の実質的に平行化されたビーム４を放射する。ランプソース２から放射された光は、第１のマイクロレンズアレイ６に入射する。第１のマイクロレンズアレイ６は、焦点面において、偏光されていない光の明るい点の空間的に分布されたアレイを形成する。第２のマイクロレンズアレイ８は、実質的に第１のマイクロレンズアレイ６の焦点面に配置され、液晶（ＬＣ）パネル１８上に均一なビームを撮像するビームホモジナイザーシステムの一部として機能する。第１のマイクロレンズアレイ６内のここのマイクロレンズのアスペクト比は、ＬＣパネルのアスペクト比に適合するように選択される。この基準は、ＬＣパネル１８を照射する均一化されたビームがパネル１８と実質的に同じアスペクト比を有するように、ランプからのビームが形成し直されることを可能にする。
【０００３】
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、第２のマイクロレンズアレイ８の後ろに配置される。ＰＢＳアレイのピッチは、第１のマイクロレンズアレイ６のピッチの約半分であり、第２のマイクロレンズアレイ８からの焦点合わせされたビームは、ＰＢＳアレイの一つおきのセクションに入射している。第２のマイクロレンズアレイ８からの光を受けるＰＢＳアレイ１０の各ユニットの内部は、ある偏光の光、例えば、Ｐ−偏光された光を前方方向に透過させ、直交する偏光の光、例えば、Ｓ−偏光された光は、ＰＢＳアレイ１０の隣接するユニット内の反射膜１１に対して反射され、そこで前方方向に反射される偏光分離膜９である。このように、ＰＢＳアレイ１０に入射する偏光されていないビームは、直行する偏光方向を有する、空間的に分離された、前方に伝わるビームを生成する。この構成は、図２を参照しながら、以下により詳細に説明する。
【０００４】
２つの直交する偏光のうちの１つのビームのみが位相板１２に入射するように、半波長板、すなわち、ストリップのアレイ１２がＰＢＳアレイの背面上に配置される。位相板１２は、入射する光が、偏光状態が直交方向へと回転した状態で位相板から発するように位置合わせされる。従って、全ての前方に伝わるビームは実質的に同じ偏光状態を有する。その後、前方に伝わるビームは視野レンズ１４によって集められて、ＬＣパネル１８を照射する。第１および第２のマイクロレンズアレイ６および８、ＰＢＳアレイ１０、半波長板１２ならびに視野レンズ１４は、図１に示す投影システムの偏光変換光学系１６を構成する。ランプ２からのビーム４は、完全に平行化されるのではなく、わずかに発散性であり、第１および第２のマイクロレンズアレイ６および８のＦ数は、ランプ２からのわずかに発散性の光４を集めるように選択される。偏光変換光学系１６の長さを、その集光効率に影響を与えずに低減することが望ましく、これを達成するために、マイクロレンズの焦点距離と、ピッチとの両報を低減して、Ｆ数を維持する必要がある。
【０００５】
より小さいピッチのマイクロレンズを用いることは、任意のランプ２について、ＬＣパネル１８におけるビームがより良好な均一性で均一化され得るので、有用である。ビームの均一化の向上は、ランプから放射される均一でないビームをサンプルするためにより多くのレンズが第１のマイクロレンズアレイ６にあるので達成される。結果として、ＬＣパネル１８において集められたビームはより均一である。より小さいピッチのマイクロレンズの使用はまた、より小さい反射器を有するランプ２によって放射される光が、効率的に均一化され得、小型化された投影エンジンを設計することが可能になることを意味する。
【０００６】
マイクロレンズアレイ６および８のピッチを低減する結果として、ＰＢＳアレイ１０のピッチおよび個々の位相板１２の幅も低減される必要がある。より小さいピッチのために、より多くの数のより狭い位相板すなわちストリップ１２が、ＰＢＳアレイ１０上の正確な位置に取り付けられる必要があり、ＰＢＳアレイ１０と個々の位相板１２との間の一あわせの許容値は、より重大になる。従って、リターダー膜の取り付けられた板、すなわちストリップ１２を有するより小さいピッチのＰＢＳアレイ１０のための要件は、達成するのが困難であり、従って、ＰＣＯＳの最小サイズは制限されている。
【０００７】
ＵＳ−５，９７８，１３６号に開示されている、図１に示すシステムの他の問題は、光学的に異方性の材料から構成される位相板１２の白色光における性能の効率に関する。光学的に異方性の材料の通常の屈折率および異常な屈折率ｎＯおよびｎｅは、入射する光の真空波長λの関数として、独立して変動し得る。光学的に異方性の材料から構成されるリターダー板を通過する直線偏光について、リターダーの通常および異常な屈折率軸に沿って分解される直交偏光成分間の光路長差Δは、以下の式に示すように、光学的に異方性の層の厚さｄと、直交偏光成分が受けるそれぞれの屈折率ｎＯ（λ）およびｎｅ（λ）とに依存する。
【０００８】
Δ＝［ｎｅ（λ）−ｎＯ（λ）］
特定の波長での対応する位相差Δφは以下のとおりである。
【０００９】
Δφ＝２π（Δ／λ）
このようにΔφが波長に依存するため、分散効果が導入され、半波長板は光のある特定の「ピーク遅延」波長についてのみ、そのように機能し、直線偏光された入射光を、直線偏光された出力光に変化させ、他の可視波長については、完全な半波長板としては機能せず、出力光においてある程度の楕円偏光を生成する。これは、図１に示す偏光変換光学系が、白色光においては効率的に機能せず、従って、白色光の性能を向上させることが所望される。
【００１０】
ＵＳ−５，９８６，８０９（特許文献１）は、図１を参照しながら説明した２つのマイクロレンズアレイおよびＰＢＳアレイを、選択的な位相板とともに用いる偏光変換光学系を開示する。
【００１１】
ＥＰ−Ａ−０８８７６６７（特許文献２）は、照射ソース２０、単一マイクロレンズアレイ２１、ＰＢＳアレイ２２、および単層パターンリターダー２４を含むシステムを開示する。
【００１２】
ＵＳ−６，２２２，６７２（特許文献３）は、立体視ディスプレイを形成するための、ＬＣパネルによって伝達される偏光された光による照射のための複数層パターンリターダーを開示する。
【００１３】
Ｐｒｏｃ．Ｉｎｄｉａｎ  Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＶｏｌＸＬＩ（４）、１３０〜１４４ページ（１９９５）（非特許文献１）は、Ｐａｎｃｈｒａｔｎａｍリターダーを開示する。
【特許文献１】米国特許第５，９８６，８０９号
【特許文献２】欧州特許公開公報０８８７６６７号
【特許文献３】米国特許第６，２２２，６７２号
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．Ｉｎｄｉａｎ  Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＶｏｌＸＬＩ（４）、１３０〜１４４ページ（１９９５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１では、選択的位相板において、半波長板は規則的に配置され、ＰＢＳアレイの偏光分離ユニットの選択された出力表面に、残りの出力表面には位相板がない状態で位置する。例えば、偏光分離ユニットから出るＰ−偏光されたビームは、位相板を通過し、Ｓ−偏光されたビームに変換される。他方、ＰＢＳアレイの反射ユニットから出るＳ−偏光されたビームは、いずれの位相板も通過せず、従って、変化しないまま通過する。このような選択的位相板の製造については、実際的な詳細は開示されていない。
【００１５】
図２に示すように、特許文献２では、ＰＢＳアレイ２２の反射ユニット２７に入射する、偏光されていない光２６は、それぞれ第１および第２の偏光方向を有するビーム１８および１９に分離される。第１の偏光の光１８は、パターンリターダー２４の第１の領域２８に伝達され、第２の偏光の光１９は、パターンリターダー２４の第２の領域３１に伝達される。パターンリターダー２４の第２の領域３１は、その光学軸がＰＢＳアレイ２２の反射ユニットからの光１９の偏光方向に対して４５°になるように並べられ、パターンリターダー２４の第１の領域２８は、その光学軸が、ＰＢＳアレイ２２の偏光分離ユニットからの光１８の偏光方向と並べられる。従って、光１９の偏光方向は、パターンリターダー２４の第１の領域を変化せずに通過する光１８の偏光方向と実質的に同じ方向に、パターンリターダーの第２の領域３１によって回転される。それぞれパターンリターダー２４の第１および第２の領域から出るビーム２９および３２は、実質的に均一な偏光を有する。図２に示すシステムは、パターンリターダー２４によって導入される分散の効果が、この偏光変換システムが白色光において効率的に機能しないことを意味する点において、上記の問題と同じ問題を有する。さらに、この開示内容は、投影システムにおいて用いられるビームを均一化する方法について何も述べていない。
【００１６】
特許文献３では、ＰＣＯＳ用途について考慮していない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の局面によると、偏光されていない入力光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビームを生成する第１の光学素子と、少なくとも２回の連続的な偏光状態の変化を該第１および第２のセットのいずれかまたは両方の各または該ビームに付与することによって、該第１および第２のセットのビームのそれぞれの偏光状態を実質的に同等の得られる偏光状態へと等しくする傾向があり、１回以上の該変化で導入された分散の効果は他方の１回以上の該変化で導入された分散の効果によって補償される、第２の光学素子とを含む、光学デバイスが提供される。
【００１８】
前記第２の光学素子は、２回の連続的な偏光状態の変化を付与してもよい。前記第１の偏光状態は直線偏光状態であってもよい。前記第２の偏光状態は直線偏光状態であってもよい。前記第１の偏光状態は前記第２の偏光状態と実質的に直交してもよい。前記得られる偏光状態は直線偏光状態であってもよい。前記得られる偏光状態は前記第１の偏光状態と実質的に同じであってもよい。
【００１９】
前記第２の光学素子は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビームからの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域を有するパターン偏光変更素子を含んでもよく、該第１のセットの該または各領域は、該第２のセットの該または各領域と異なる偏光変更特性を有する。
【００２０】
前記パターン偏光変更素子は、材料の連続的な層として形成されてもよい。前記パターン偏光変更素子は、本発明の第６の局面によるパターン偏光変更素子であてもよい。
【００２１】
前記パターン偏光変更素子は、パターンリターダーであってもよい。この場合、前記第１のセットの該または各領域は、第１の方向に並べられた光学軸を有してもよく、前記第２のセットの該または各領域は、該第１の方向とは異なる第２の方向に並べられてもよい。前記パターンリターダーは、光学的に異方性の材料の連続的な層として形成されてもよい。前記第１のセットの該または各領域は、所定の可視波長の半波長板として機能してもよい。前記第２のセットの該または各領域は、所定の可視波長の半波長板として機能してもよい。前記所定の可視波長は、４７０〜５７０ｎｍの範囲内であってもよい。第１および第２の偏光状態が直線偏光状態である場合、前記第１および第２の方向は、第１の偏光に対して、それぞれ、−２２．５°および＋２５°の角度で配向されてもよい。
【００２２】
前記第２の光学素子は、前記第１および第２のセットのビームを受け、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダーを含んでもよい。前記均一リターダーは所定の可視波長について反波長板として機能してもよい。前記所定の可視波長は、４７０〜５７０ｎｍの範囲内であってもよい。前記パターンリターダーは、前記第１の光学素子と前記均一リターダーとの間に配置されてもよい。第１および得られる偏光状態が直線偏光状態である場合、前記第３の方向は、前記第１の偏光方向に対して、＋６７．５°の角度で配向されてもよい。
【００２３】
前記均一リターダーは、光学的に異方性の支持部材、すなわち、基板であってもよく、該パターンリターダーは該光学的に異方性の基板との一体型ユニットを形成してもよい。あるいは、デバイスは、光学的に等方性の材料から製造され、前記パターンリターダーおよび均一リターダーを形成する支持部材をさらに含んでもよい。後者の場合、前記パターンリターダーおよび均一リターダーは、前記支持部材の反対側の面に配置されてもよい。基板のある領域に他の素子がなくてもよく、他の素子を傷つけることなく該領域がはさまれることを可能にしている。前記素子がない領域は、少なくとも部分的に、前記パターンリターダーを囲んでもよい。前記一体型ユニットはまた、前記第１の光学素子を含んでもよい。
【００２４】
前記第１の光学素子は、偏光ビームスプリッタアレイであってもよい。
【００２５】
本発明の第２の局面によると、偏光されていない入力光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビームを生成する第１の光学素子と、該第１および第２のセットのビームのそれぞれの偏光状態を実質的に同等の偏光状態へと等しくする傾向がある、第２の光学素子とを含み、該第２の光学素子は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビームからの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域を有するパターン偏光変更素子を含み、該第１のセットの該または各領域は、該第２のセットの該または各領域と異なる偏光変更特性を有し、該第１のセットの該または各領域はねじれネマチック構造の液晶材料を含む、光学デバイスが提供される。
【００２６】
本発明の第２の局面によると、前記第２の光学素子は、前記液晶材料がＭａｕｇｉｎ条件で動作するように適応されてもよい。前記第２の偏光状態は直線偏光状態であってもよい。前記第１の偏光状態は直線偏光状態であってもよい。
【００２７】
第１の偏光状態が直線偏光状態である場合、前記第１のセットの該または各領域は、前記第１のセットのビームの偏光状態が、実質的に９０度回転するように適応されてもよく、前記第２のセットの該または各領域は、前記第２のセットのビームに実質的に影響を与えないように適応されてもよい。
【００２８】
前記第２のセットの該または各領域は、実質的に等方性の材料を含んでもよい。
【００２９】
第２の偏光状態が直線偏光状態である場合、前記第２のセットの該または各領域は、Ｆｒｅｅｄｅｒｅｉｃｋｓｚ構造の液晶材料を含んでもよく、前記第２のセットのビームの偏光状態は、該第２の領域の液晶ディレクタの配向に対して、実質的に平行または垂直になるように配置されてもよい。
【００３０】
本発明の第２の局面のパターン偏光変更素子は、材料の連続的な層として形成されてもよい。
【００３１】
本発明の第３の局面によると、偏光されていない入力光を受ける第１のマイクロレンズアレイと、実質的に、該第１のマイクロレンズアレイの焦点面において、該第１のマイクロレンズアレイと光学的に並ぶように配置される第２のマイクロレンズアレイと、該第２のマイクロレンズアレイからの光から実質的に同等の偏光状態を有する前記第１および第２のセットのビームを生成する、本発明の第１または第２の局面によるデバイスとを含む、偏光変換光学系が提供される。
【００３２】
第３の局面の偏光変換光学系は、第２のアレイの任意のマイクロレンズから所望されない光を減衰させるシールド手段をさらに含んでもよい。前記シールド手段は、所望されない光をブロックする、前記第２の光学素子の一部としてマスクを含んでもよい。前記シールド手段は、前記所望されない光の偏光を回転させる偏光回転マスクと、続いて該光をブロックする偏向子とを含んでもよい。
【００３３】
本発明の第４の局面によると、偏光されていない入力光を受ける第１のマイクロレンズアレイと、実質的に、該第１のマイクロレンズアレイの焦点面において、該第１のマイクロレンズアレイと光学的に並ぶように配置される第２のマイクロレンズアレイと、光学デバイスであって、該第２のマイクロレンズアレイからの光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビームを生成する第１の光学素子、ならびに該第１および第２のセットのビームのそれぞれの偏光状態を実質的に同等の偏光状態へと等しくする傾向がある、第２の光学素子を含み、該第２の光学素子は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビームからの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域を有するパターン偏光変更素子を含み、該第１のセットの該または各領域は、該第２のセットの該または各領域と異なる偏光変更特性を有する、デバイスとを含み、該パターン偏光変更素子は材料の連続的な層として形成される、偏光変換光学系が提供される。
【００３４】
第４の局面の偏光変換光学系において、前記パターン偏光変更素子は、複屈折材料の連続的な層として形成される、パターンリターダーであってもよい。
【００３５】
本発明の第５の局面によると、光源と、本発明の第２、第３および第４の局面による偏光変換光学系と、空間光変調器とを含む、投影システムが提供される。前記空間光変調器は、液晶ディスプレイであってもよい。
【００３６】
本発明の第６の局面によると、少なくとも第１および第２のセットの伸長領域を含むパターン偏光変更光学素子であって、該第１のセットの該または各領域は、該第２のセットの該または各領域とは異なる偏光変更特性を有し、該第１のセットおよび第２のセットの該または各領域は、観念的には、その長さに沿って、ある間隔で、サブ領域にサブ分割され、マスキングストリップは、それぞれ、該第１および第２のセットの領域のいずれか、または両方の隣接するサブ領域間の境界、および／または隣接する領域間の境界の上に配置される、パターン偏光変更光学素子が提供される。
【００３７】
前記マスキングストリップは、その上の光を減衰させてもよい。前記マスキングストリップは、その上の光の偏光状態を変化させてもよい。パターン偏光変更光学素子はパターンリターダーであってもよい。パターン偏光変更光学素子は基板の上に前記光学素子が該光学素子を囲む該基板のある領域を残して搭載され、該光学素子が傷つけられることなく該領域がはさまれることが可能になる、基板をさらに包んでもよい。
【００３８】
本発明の光学デバイスは、偏光されていない入力光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を生成する第１の光学素子（１０）と、少なくとも２回の連続的な偏光状態の変化を該第１および第２のセットのいずれかまたは両方の各または該ビームに付与することによって、該第１および第２のセットのビーム（３４、３６）のそれぞれの偏光状態を実質的に同等の得られる偏光状態へと等しくする傾向があり、１回以上の該変化で導入された分散の効果は他方の１回以上の該変化で導入された分散の効果によって補償される、第２の光学素子（３２）とを含み、それにより上記目的が達成される。
【００３９】
前記第２の光学素子（３２）は、２回の連続的な偏光状態の変化を付与し得る。
【００４０】
前記第１の偏光状態は直線偏光状態であり得る。
【００４１】
前記第２の偏光状態は直線偏光状態であり得る。
【００４２】
前記第１の偏光状態は前記第２の偏光状態と実質的に直交し得る。
【００４３】
前記得られる偏光状態は直線偏光状態であり得る。
【００４４】
前記得られる偏光状態は前記第１の偏光状態と実質的に同じであり得る。
【００４５】
前記第２の光学素子（３２）は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）からの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域（４４、４６）を有するパターン偏光変更素子（３８）を含み得、該第１のセット（４４）の該または各領域は、該第２のセット（４６）の該または各領域と異なる偏光変更特性を有し得る。
【００４６】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、材料の連続的な層として形成され得る。
【００４７】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、請求項４７に記載されるパターン偏光変更素子であり得る。
【００４８】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、パターンリターダーであり得る。
【００４９】
前記第１のセット（４４）の該または各領域は、第１の方向に並べられた光学軸を有し得、前記第２のセット（４６）の該または各領域は、該第１の方向とは異なる第２の方向に並べられ得る。
【００５０】
前記第２の光学素子（３２）は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）からの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域（４４、４６）を有するパターン偏光変更素子（３８）を含み得、該第１のセット（４４）の該または各領域は、該第２のセット（４６）の該または各領域と異なる偏光変更特性を有する、上記のデバイスであって、該パターンリターダー（３８）は、光学的に異方性の材料の連続的な層として形成され得る。
【００５１】
前記第１のセット（４４）の該または各領域は、所定の可視波長の半波長板として機能し得る。
【００５２】
前記第２のセット（４６）の該または各領域は、所定の可視波長の半波長板として機能し得る。
【００５３】
前記所定の可視波長は、４７０〜５７０ｎｍの範囲内であり得る。
【００５４】
前記第１のセット（４４）の該または各領域は、第１の方向に並べられた光学軸を有し得、前記第２のセット（４６）の該または各領域は、該第１の方向とは異なる第２の方向に並べられ得る、上記のデバイスであって、該第１および第２の方向は、第１の偏光方向に対して、それぞれ、−２２．５°および＋２５°の角度で配向され得る。
【００５５】
前記第１のセット（４４）の該または各領域は、第１の方向に並べられた光学軸を有し、前記第２のセット（４６）の該または各領域は、該第１の方向とは異なる第２の方向に並べられる、上記のデバイスであって、該第１および第２の方向は、第１の偏光方向に対して、それぞれ、−２２．５°および＋２２．５°の角度で配向され得る。
【００５６】
前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み得る。
【００５７】
前記均一リターダー（４０；４３）は所定の可視波長について反波長板として機能し得る。
【００５８】
前記所定の可視波長は、４７０〜５７０ｎｍの範囲内であり得る。
【００５９】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、パターンリターダーである、上記のデバイスであって、前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け得、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み得、該パターンリターダー（３８）は、前記第１の光学素子（１０）と該均一リターダー（４０；４３）との間に配置され得る。
【００６０】
前記第１の偏光状態は直線偏光状態である、上記のデバイスであって、前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け得、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み得、該第３の方向は、前記第１の偏光方向に対して、＋６７．５°の角度で配向され得る。
【００６１】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、パターンリターダーである、上記のデバイスであって、前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け得、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み得、該均一リターダー（４３）は、前記パターンリターダー（３８）の支持部材（４３）として光学的に異方性の材料から製造され得、該パターンリターダー（３８）は該支持部材（４３）との一体型ユニットを形成し得る。
【００６２】
前記パターン偏光変更素子（３８）は、パターンリターダーである、上記のデバイスであって、前記第２の光学素子（３２）は、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を受け得、光学軸が第３の方向に並べられた均一リターダー（４０；４３）を含み得、光学的に等方性の材料から製造され得、該パターンリターダーおよび均一リターダー（３８、４０）を形成する支持部材（４２）をさらに含み得る。
【００６３】
前記パターンリターダーおよび均一リターダー（３８、４０）は、前記支持部材（４２）の反対側の面に配置され得る。
【００６４】
前記支持部材（４２；４３）のある領域に他の素子がなく、他の素子を傷つけることなく該領域がはさまれることを可能にし得る。
【００６５】
前記素子がない領域は、少なくとも部分的に、前記パターンリターダー（３８）を囲み得る。
【００６６】
前記一体型ユニットはまた、前記第１の光学素子（１０）を含み得る。
【００６７】
前記第１の光学素子（１０）は、偏光ビームスプリッタアレイであり得る。
【００６８】
本発明の光学デバイスは、偏光されていない入力光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を生成する第１の光学素子（１０）と、該第１および第２のセットのビーム（３４、３６）のそれぞれの偏光状態を実質的に同等の偏光状態へと等しくする傾向がある、第２の光学素子（１３２）とを含み、該第２の光学素子（１３２）は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）からの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域（１３２ｂ、１３２ａ／ｃ）を有するパターン偏光変更素子（１３２）を含み、該第１のセット（１３２ｂ）の該または各領域は、該第２のセット（１３２ａ／ｃ）の該または各領域と異なる偏光変更特性を有し、該第１のセット（１３２ｂ）の該または各領域はねじれネマチック構造の液晶材料を含み、それにより上記目的が達成される。
【００６９】
前記第２の光学素子（１３２）は、前記液晶材料がＭａｕｇｉｎ条件で動作するように適応され得る。
【００７０】
前記第２の偏光状態は直線偏光状態であり得る。
【００７１】
前記第１の偏光状態は直線偏光状態であり得る。
【００７２】
前記第１のセット（１３２ｂ）の該または各領域は、前記第１のセットのビーム（３４）の偏光状態が、実質的に９０度回転するように適応され得、前記第２のセット（１３２ａ／ｃ）の該または各領域は、前記第２のセットのビーム（３６）に実質的に影響を与えないように適応され得る。
【００７３】
前記第２のセット（１３２ａ）の該または各領域は、実質的に等方性の材料を含み得る。
【００７４】
本発明の光学デバイスは、偏光されていない入力光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を生成する第１の光学素子（１０）と、該第１および第２のセットのビーム（３４、３６）のそれぞれの偏光状態を実質的に同等の偏光状態へと等しくする傾向がある、第２の光学素子（１３２）とを含み、該第２の光学素子（１３２）は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）からの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域（１３２ｂ、１３２ａ／ｃ）を有するパターン偏光変更素子（１３２）を含み、該第１のセット（１３２ｂ）の該または各領域は、該第２のセット（１３２ａ／ｃ）の該または各領域と異なる偏光変更特性を有し、該第１のセット（１３２ｂ）の該または各領域はねじれネマチック構造の液晶材料を含み、前記第２のセット（１３２ｃ）の該または各領域は、Ｆｒｅｅｄｅｒｅｉｃｋｓｚ構造の液晶材料を含み得、前記第２のセットのビーム（３６）の偏光状態は、該第２の領域（１３２ｃ）の液晶ディレクタの配向に対して、実質的に平行または垂直になるように配置され得る。
【００７５】
前記パターン偏光変更素子（１３２）は、材料の連続的な層として形成され得る。
【００７６】
偏光変換光学系は、偏光されていない入力光を受ける第１のマイクロレンズアレイ（６）と、実質的に、該第１のマイクロレンズアレイ（６）の焦点面において、該第１のマイクロレンズアレイ（６）と光学的に並ぶように配置される第２のマイクロレンズアレイ（８）と、該第２のマイクロレンズアレイ（８）からの光から実質的に同等の偏光状態を有する前記第１および第２のセットのビームを生成する、上記のデバイスとを含み得る。
【００７７】
ストレイライトを減衰させるシールド手段（５５）をさらに含んでもよい。
【００７８】
前記シールド手段（５５）は、ストレイライトをブロックする、前記第２の光学素子（３２）の一部としてマスクを含み得る。
【００７９】
前記シールド手段は、前記ストレイライトの偏光を回転させる偏光回転マスクと、続いて該光をブロックする偏向子とを含み得る。
【００８０】
本発明の偏光変換光学系は、偏光されていない入力光を受ける第１のマイクロレンズアレイ（６）と、実質的に、該第１のマイクロレンズアレイ（６）の焦点面において、該第１のマイクロレンズアレイ（６）と光学的に並ぶように配置される第２のマイクロレンズアレイ（８）と、光学デバイス（３３’）であって、該第２のマイクロレンズアレイ（８）からの光から、それぞれ第１および第２の異なる偏光状態を有する少なくとも第１および第２のセットのビーム（３４、３６）を生成する第１の光学素子（１０）、ならびに該第１および第２のセットのビーム（３４、３６）のそれぞれの偏光状態を実質的に同等の偏光状態へと等しくする傾向がある、第２の光学素子（３２’）を含み、該第２の光学素子（３２’）は、それぞれ、前記第１および第２のセットのビーム（３４、３６）からの光を受ける、少なくとも第１および第２のセットの領域を有するパターン偏光変更素子（３２’）を含み、該第１のセットの該または各領域は、該第２のセットの該または各領域と異なる偏光変更特性を有する、デバイスとを含み、該パターン偏光変更素子（３２’）は材料の連続的な層として形成され、それにより上記目的が達成される。
【００８１】
前記パターン偏光変更素子（３２’）は、複屈折材料の連続的な層として形成される、パターンリターダーであり得る。
【００８２】
投影システムは、光源（２）と、上記の光学系（３１；３１’）と、空間光変調器（１８）とを含み得る。
【００８３】
前記空間光変調器（１８）は、液晶ディスプレイであり得る。
【００８４】
本発明のパターン偏光変更光学素子は、少なくとも第１および第２のセットの伸長領域（４４、４６）を含むパターン偏光変更光学素子であって、該第１のセット（４４）の該または各領域は、該第２のセット（４６）の該または各領域とは異なる偏光変更特性を有し、該第１のセットおよび第２のセット（４４、４６）の該または各領域は、観念的には、その長さに沿って、ある間隔で、サブ領域にサブ分割され、マスキングストリップ（５５）は、それぞれ、該第１および第２のセットの領域のいずれか、または両方の隣接するサブ領域間の境界、および／または隣接する領域間の境界の上に配置され、それにより上記目的が達成される。
【００８５】
前記マスキングストリップ（５５）は、その上の光を減衰させ得る。
【００８６】
前記マスキングストリップ（５５）は、その上の光の偏光状態を変化させ得る。
【００８７】
上記光学素子は、パターンリターダーであり得る。
【００８８】
上記光学素子は、基板（４２）の上に前記光学素子が該光学素子を囲む該基板（４２）のある領域を残して搭載され、該光学素子が傷つけられることなく該領域がはさまれることが可能になる、基板（４２）をさらに含み得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８９】
例示のため、以下では、添付の図面を参照する。
【００９０】
図３は、本発明を具現化した偏光変換光学系３１および光学デバイス３３を組み込んだ投影システム１を示す。投影システムは、光源２と、偏光変換光学系３１と、視野レンズ１４と液晶パネル１８とを含む。偏光変換光学系３１は、第１のマイクロレンズアレイ６と、第２のマイクロレンズアレイ８と、光学デバイス３３とを含む。光学デバイス３３は、偏光ビームスプリッタ１０の形の第１の光学素子１０と、２層パターンリターダー３２の形の第２の光学素子３２とを含む。
【００９１】
光源２は、１ｍｍのアークを有する高圧水銀ランプと、パラボラ型の反射器とを含む。アークは、パラボラ反射器の焦点において、またはその近傍に位置する。アークの長さは有限であるので、アークによって放射され、パラボラ反射器によって反射される光４は、（放射が法物面の焦点に位置する点のソースから来る場合とは異なり）完全には平行化されない。この実施形態において、放射ビーム４は、±２．４°の発散θを有する。
【００９２】
光４は、第１のマイクロレンズアレイ６に入射する。第１のマイクロレンズアレイ６のマイクロレンズは、±２θの入射角を有する光を平行化させるように設計されている。マイクロレンズは、照射されている液晶パネル１８と同じアスペクト比を有し、マイクロレンズのピッチは２ｍｍであり、焦点距離は１２ｍｍである。第１のマイクロレンズアレイ６は、焦点面において、偏光されていない光の明るい点の空間的に分布されたアレイを形成する。
【００９３】
第２のマイクロレンズアレイ８は、実質的に、第１のマイクロレンズアレイ６の焦点面に配置され、光学的に第１のマイクロレンズアレイ６と位置合わせされる。第２のマイクロレンズアレイ８のマイクロレンズの数は、第１のマイクロレンズアレイ６と同じであり、マイクロレンズのそれぞれの焦点距離および横方向の寸法も同じである。従って、この実施形態において、第２のマイクロレンズアレイ８は、実質的に第１のマイクロレンズアレイ６と同じであり、第２のマイクロレンズアレイ８の入力アパーチャが、第１のマイクロレンズアレイ６における対応するマイクロレンズによって形成されるソースイメージに配置される。第２のマイクロレンズアレイ８の目的は、照射を実質的にテレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）にすることである。
【００９４】
図４は、光学デバイス３３の第１および第２の光学素子１０および３２をより詳細に示す。光学デバイス３３の第１の光学素子１０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０である。図２を参照しながら記載したように、ＰＢＳ１０は、偏光されていない入力光からそれぞれ異なる変更状態ＳおよびＰを有する第１および第２のビーム３４および３６を生成する。ＰＢＳアレイ１０は、１ｍｍのピッチを有する。これは、２つのマイクロレンズアレイ６および８のピッチの半分である。第２のマイクロレンズアレイ８からの偏光されてない光は、偏光分離層９を有するＰＢＳアレイ８の一つおきの素子上にのみ入射する。図２を参照しながら説明した例と同様に、第２の（Ｐ）偏光成分は前方方向に伝達され、第１の（Ｓ）偏光成分はアレイ１０の隣接するユニットに対して反射され、反射層１１にぶつかり、再度前方方向に反射される。
【００９５】
光学デバイスの第２の光学素子３２は、２層パターンリターダー３２である。２層パターンリターダー３２は、第１および第２のビーム３４および３６のそれぞれの偏光状態を均一の偏光状態に等しくする傾向になるように採用される。本願のこの実施形態における第２の光学素子３２は、図１を参照しながら説明した従来技術における対応する光学素子１２とは、第１および第２のビーム３４および３６に２回の連続的な偏光状態の変化を適用することによって均一な偏光状態が達成される点で異なる。１回の変化ではなく、２回の連続的な変化を適用することによって、第１の偏光状態の変化で導入される分散の効果は、第２の偏光状態の変化で導入される分散の効果によって、少なくとも部分的に補償され得る。これは、光学デバイス３３が、可視波長範囲にわたって、効率的に機能することを可能にする。図３および４に示す実施形態において、以下に説明するように、２回の連続的な偏光状態の変化は、第１および第２のビーム３４および３６を２つの別のリターダー層を通過させることによって達成される。
【００９６】
２層パターンリターダー３２は、等方性基板４２の反対の面の上に配置されたパターンリターダー３８と均一リターダー４０とを含む。この実施形態において、パターンリターダー３８は、偏光ビームスプリッタ１０と均一リターダー４０との間に配置される。
【００９７】
パターンリターダー３８は、第１のビーム３４からの光を受ける第１の領域４４と、第２のビーム３６からの光を受ける第２の領域４６とを含む。第１の領域４４は、第２の領域４６とは異なる偏光変更特性を有し、従って、ＰＢＳアレイ１０からの偏光されたビーム３４および３６は、パターンリターダー３８において変化する、異なったそれぞれの偏光状態に直面する。パターンリターダー３８における偏光変化は、第１および第２のビーム３４および３６のそれぞれについて、２回の連続的な偏光状態の変化のうちの第１の変化を表す。
【００９８】
均一なリターダー４０は、リターダー全体にわたって、均一な偏光変更特性を有する単一の領域として形成される。従って、ＰＢＳアレイ１０からの偏光されたビーム３４および３６は、均一リターダー４０において同じ光学素子にぶつかる。均一リターダー４０における偏光変化は、第１および第２のビーム３４および３６のそれぞれについて、２回の連続的な偏光状態の変化のうち、第２の変化を表す。
【００９９】
図５に示すように、この実施形態において、第１の領域４４は、その光学軸がパターンリターダー３８に入射する第１のビーム３４の偏光方向に対して−２２．５°の角度に並べられており、第２の領域４６は、その光学軸がパターンリターダー３８に入射する第１のビーム３４の偏光方向に対して＋２５°の角度で並べられている（角度の符号は、ＰＢＳアレイ１０の方向から見て時計回りに回転する場合に正である）。非対称設計は、白色光の平均透過効率について最適化される。ランプの幅広いスペクトラル幅にわたって、２層パターンリターダー３２の性能が向上する。第１および第２の領域４４および４６は、この実施形態において、半波長ピーク遅延が５１０ｎｍになるように選ばれた、同じ複屈折材料から製造される。均一リターダー４０は、その光学軸が第１のビームのビーム３４の偏光方向に対して＋６７．５°で並べられ、その半波長ピーク遅延も、５１０ｎｍである。
【０１００】
２層パターンリターダー３２の発光効率を最適にするため、以下の実施形態が示唆される。この実施形態において、第１の領域４４は、その光学軸がパターンリターダー３８に入射する第１のビーム３４の偏光方向に対して−２２．５°の角度に並べられており、第２の領域４６は、その光学軸がパターンリターダー３８に入射する第１のビーム３４の偏光方向に対して＋２２．５°の角度で並べられている。対称的な設計は、２層パターンリターダー３２の平均発光効率について最適化される。第１および第２の領域４４および４６は、この実施形態において、半波長ピーク遅延が５５０ｎｍになるように選ばれた、同じ複屈折材料から製造される。均一リターダー４０は、その光学軸が第１のビームのビーム３４の偏光方向に対して＋６７．５°で並べられ、その半波長ピーク遅延も、５５０ｎｍである。
【０１０１】
図３〜５を参照しながら例示し、説明した２層パターンリターダー３２の設計を用いると、Ｓ−偏光ビームとＰ−偏光ビームとの両方が、存在するパターンリターダー３８上の異なる中間偏光状態に回転する。続く均一リターダー４０へと通過すると、偏光されたビーム３４および３４の両方の偏光状態が、実質的に同じ平面上になるまでさらに回転される。元のＳ−偏光ビーム３４の偏光状態は１８０°回転され、２層パターンリターダー３２を出る際に、Ｓ−偏光状態に戻る。元のＰ−偏光ビーム３６の偏光状態は実質的に９０°回転され、２層パターンリターダー３２を出る際に、Ｓ−偏光状態になる。従って、第１および第２のセットのビームのビーム３４および３６は、２回の連続的な偏光状態の変化にさらされ、第１の変化は、パターンリターダー３８によってもたらされ、第２の変化は、均一リターダー４０によってもたらされる。第１の変化で偏光状態に導入された分散の効果は、第２の偏光状態の変化で導入される分散の効果によって、少なくとも部分的に補償され得る。従って、２層パターンリターダー３２が個々にクロマチックなリターダー層を用いるにも関わらず、２層パターンリターダー３２の性能は、白色光において効率的にされ得る。
【０１０２】
図４に示すように光学デバイス３３を通過した後、前方に伝わるビームは、図３に示すように、視野レンズ１４に入射する。視野レンズ１４は、光をＬＣパネル１８の面に集める。このようにして、パネルは、均一な輝度の実質的に偏光された光、かつ、パネルと実質的に同じアスペクト比のビームで照射される。
【０１０３】
ＰＢＳアレイ１０は、単一のユニットであってもよいし、横に並べて搭載されたより小さいアレイから構成されていてもよい。後者の場合、偏光変換光学系３１の組み立ては、ＰＢＳアレイ１０が光学デバイス３３の第２の光学素子３２に糊付けされている場合に容易にされ得る。素子の表面上の反射防止コーティングの代わりに、以下の素子のうちの２つ以上が、屈折率が一致した光学接着剤を用いて、互いに糊付けされ得る。第２のマイクロレンズアレイ８、ＰＢＳアレイ１０、第２の光学素子３２、および視野レンズ１４である。接着剤は、Ｎｏｒｌａｎｄ製のアクリルベースのＵＶ硬化接着剤のうちのいずれであってもよい。一体型ユニットをともに形成する糊付け素子は、素子がより容易に取り付けられ、アパーチャが完全に利用され得る可能性を提供する。例えば、図６に示すように、第２のマイクロレンズアレイ８、偏光ビームスプリッタアレイ１０、パターンリターダー３８、および均一リターダー４０は、基板４８とともに一体型のユニットとして形成される。パターンリターダー３８および均一リターダー４０は、基板４８の反対側の表面に配置され、これらの３つの素子は、屈折率が一致する糊の層５２によってＰＢＳアレイ１０に取り付けられている。ＰＢＳアレイ１０は、他の屈折率が一致する糊の層５２によって第２のマイクロレンズアレイ８に取り付けられている。等方性基板４８は、パターンリターダー３８の周りの基板４８の領域５０が他の素子から独立して、その領域５０が取り付け素子によってはさまれることを可能にするように、パターンリターダー３８よりも大きい。
【０１０４】
上記の実施形態のパターンリターダー３８は、反応性メソゲン材料、例えば、Ｍｅｒｃｋ製のＲＭＭ３４から形成される。複屈折の液晶材料は、パターンされた、または均一なアライメント層を有する基板上に配置される。アライメント層のパターニングは、例えば、ＥＰ−Ａ−０８８７６６７に記載されているマルチラビング技術によって、または、例えば、ＵＳ２００３／０１３７６２６Ａ１に記載されている微小構造格子を用いて、あるいは、例えば、「Ｐｈｏｔｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏ−ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｐｏｌａｒｉｓｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」（Ｍａｔｓｕｎａｇａら、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、１４、１４７７〜１４８０ページ、２００２）に記載されているフォトアライメント技術を用いることによって、達成され得る。反応性メソゲン材料は、溶液の形でアライメント層上に広げられ得る。溶媒が蒸発するにつれて、ネマチック液晶材料の層が残る。液晶の光学軸は、下にあるアライメント層の軸と並んで、リターダー層が生成される。その後、反応性メソゲンは、ＵＶ光に露光することによって、クロスリンクされる。
【０１０５】
複屈折材料の連続的な層からのパターンリターダー３８の製造は、優れた精度および小さいピッチを有する第２の光学素子３２の製造を可能にする。これは、対応する小さいピッチを有するＰＢＳアレイ１０の使用を可能にし、偏光変換光学系の長さを従来技術と比較して低減することを可能にする。本発明を具現化する偏光変換光学系３１はまた、より小さいピッチのマイクロレンズアレイが用いられ得るので、従来技術による偏光変換光学系よりも良好なビーム均一化を提供することを可能にする。本発明を具現化する偏光変換光学系３１はまた、より小さい出力領域でより効率的に光源を均一化することができ、小型化された投影エンジンの設計を可能にする。
【０１０６】
上記の実施形態において、第１および第２の領域４４および４６の領域は、５１０ｎｍの所定の可視波長に対して、半波長板として機能するように形成される。同じことが均一リターダー４０についても言える。偏光状態の変化は、偏光回転層（単数または複数）を用いることによってももたらされ得ることが理解される。偏光回転層は、伝達された光の偏光面を回転することができる、肉眼で見えるキラル構造を有する材料、例えば、ねじれネマチックモード液晶から構成される。このようなキラル層は、パターニングされてもよいし、均一であってもよく、従って、パターン偏光変更素子３８および／または均一偏光変更素子４０において用いられ得る。均一リターダー４０は、例えばＳｕｍｉｔｏｍｏ製の伸長されたプラスチックリターダー膜によって形成され得、基板４２に積層され得る。
【０１０７】
図４を参照しながら説明した基板４２は、等方性であり、パターンリターダー３８および均一リターダー４０が反対側の面に配置された状態であることが最適である。この構成は、図７Ａの斜視図に示されている。あるいは、搭載基板および均一リターダーの両方として機能するように、複屈折基板４３が用いられてもよい。図７Ｂに示すように、パターンリターダー３８が複屈折基板４３に搭載され得る。
【０１０８】
上記の実施形態において、パターンリターダー３８はＰＢＳアレイ１０と均一リターダー４０との間に配置される。このようにして、ＰＢＳアレイ１０からの光は均一リターダー４０の前にパターンリターダー３８にぶつかる。この構成は、パターンリターダー３８がＰＢＳアレイ１０の近傍に位置する状態で、好ましい。なぜなら、第１のマイクロレンズアレイ６によって既に焦点合わせされているＰＢＳ１０から出るビーム３４および３６が分散し、ビーム３４および３６がオーバーラップし始める前に、パターンリターダー３８によって処理される必要があるからである。パターンリターダー３８の隣接する領域４４と４６との中心の間隔がＰＢＳアレイ１０のピッチと実質的に同じである状態で、パターンリターダー３８のみが、ＰＢＳアレイ１０によってアドレスされる必要がある。それにも関わらず、ＰＢＳアレイ１０からのビーム３４および３６がパターンリターダー３８の前に均一リターダー４０にぶつかるようにパターンリターダー３８および均一リターダー４０の順序を入れ替えることも可能である。このような例を図８Ｂに示す。
【０１０９】
パターンリターダー３８、均一リターダー４０および基板４２の他の取られ得る様々な配置を、図９Ａ〜９Ｄに示す。図９Ａは、パターンリターダー３８が基板４２の上に配置された均一リターダー４０の上に配置されている例を示す。ＰＢＳアレイ１０からの光は、（ｉ）パターンリターダー３８、（ｉｉ）均一リターダー４０、（ｉｉｉ）基板４２の順でこれらの素子にぶつかる。
【０１１０】
図９Ｂは、図９Ａに示す配置と類似するが、パターンリターダー３８と均一リターダー４０との順序が入れ替えられている配置を示す。図９Ｃは、図４および図８Ａに示す配置と同じこれらの素子の配置を示す。図９Ｄは、パターンリターダー３８が一方の基板４２の前面に配置され、均一リターダー４０が他方の基板４２の前面に配置された状態で、別の基板４２が用いられ得ることを示す。それぞれ、パターンリターダー３８および均一リターダー４０を有する２つの基板は、互いにすぐそばに位置してもよいし、投影エンジン内である程度の距離分離れていてもよい。実際、基板のうち１つ以上が、投影システム内の他の光学素子であってもよい。例えば、図１０は、リターダー３８および４０が空間的に隔てられており、均一リターダー４０が平凸レンズ１４の平面表面上に配置されている配置を示す。層の間隔は、ＰＢＳアレイ１０からはずれた層（単数または複数）が熱い条件、または明るい条件下で良好な持続性を有さない場合に、有用である。このような層（単数または複数）は、熱いランプから、かつ、第１のマイクロレンズアレイ６によって焦点合わせされるビームからより長い距離のところに位置し得る。
【０１１１】
上記の実施形態において、Ｓ−偏光ビームおよびＰ−偏光ビームは、実質的にＳ−偏光状態に回転される。あるいは、第２の光学素子３２は、Ｓ−偏光ビームおよびＰ−偏光ビームの両方をＰ−偏光状態に回転するように設計され得る。あるいは、他の直線偏光状態が生成されてもよい。また、白色光において、他の偏光状態、例えば、円偏光または楕円偏光を、これらの偏光が用途にとって好ましい場合、効率的に生成することも可能である。
【０１１２】
ＰＢＳアレイ１０からの第１のビームおよび第２のビーム３６の両方が、第２の光学素子３２による２回の連続的な偏光状態の変化にさらされる必要はない。例えば、第２の光学素子３２は、偏光状態を変化させずに第２のビーム３６を通過させるが、第１のビーム３４の偏光状態には少なくとも２回の連続的な変化を付与することを可能にするような様態で、パターニングされ、適用され得る。これを達成するため、第２の光学素子３２は、第２のビーム３６が遅延効果を有さないパターン層の領域のみを通過し、第１のビーム３４が偏光状態に適切な変化を付与するパターン層の領域を通過するようにパターンされ、配置された少なくとも２つのパターンリターダー層を必要とする。
【０１１３】
上記の実施形態の第２の光学素子は２回の連続的な偏光状態の変化をビーム３４および３６に付与するが、１回以上の変化で導入された分散の効果が、他の１回以上の変化で導入された分散の効果によって補償されるように、第２の光学素子３２は、ビーム３４および３６のいずれかまたは両方に２回より多い連続的な偏光状態の変化を付与するように適用されることが理解される。
【０１１４】
分散低減に関する、本願の実施形態に関する利点を達成するため、パターンリターダー３８は光学的に異方性の連続層として形成されることは必須ではない。個々の板、すなわちストリップを基板４２の上、または、図１を参照しながら説明した従来技術のように、ＰＢＳアレイ１０の上にさえ置くことによって、パターンリターダー３８の領域４４および４６が形成される場合、同じ利点が達成される。同様に、ＰＢＳアレイ１０および第２の光学素子３２のピッチの低減に関する、本願の実施形態に関する利点は、第２の光学素子３２に単一リターダー層のみを利用することによって、分散低減の利点と関連なしに達成され得る。単一リターダー層は、低減されたサイズの領域の正確な製造を可能にするために複屈折率材料の連続的な層として形成されるパターンリターダー層である。このような単層リターダー３２’は、図１１の本願を具現化する偏光変換光学系３１’に示されている。
【０１１５】
第１および第２の領域４４および４６を有するパターンリターダー層３８は、単層として形成される必要はないが、一方の層が第１の領域４４を組み込み、他方の層が第２の領域４６を組み込んだ、２つのパターン層から形成され得る。これらの２つの層は、互いに対して隣接して配置されてもよいし、基板４２の反対側に配置されてもよいし、他の配置であってもよい。
【０１１６】
投影システムの性能を向上させるため、パターンリターダー３８、または、投影システムの他の適切な光学素子、例えば、ＰＢＳアレイ１０は、所望されないストレイライトを減衰させるマスキング層を含み得る。
【０１１７】
このようなマスキング層の設計のうちの３つを図１２Ａ〜図１２Ｃに示す。それぞれが、第１および第２のセットの伸長領域４４および４６を含むパターン偏光変更光学素子を示し、第１のセットのそれぞれの領域は、第２のセットのそれぞれの領域とは異なる偏光変更特性を有する。第１および第２のセットの各領域は、観念上は、その長さに沿って、ある間隔でサブ領域へとサブ分割されることが考えられ得る。図１２Ａに示すマスキング層５５は、第１および第２のセットの領域の隣接するサブ領域の間の境界、および隣接する領域の間の境界の上にそれぞれ配置されたマスキングストリップを含む。図１２Ｂに示すマスキング層５５は、第１および第２のセットの領域の両方の隣接するサブ領域の境界上にそれぞれ配置されたマスキングストリップを含む。図１２Ｃに示すマスキング層５５は、第１のセットの領域４４のみの隣接するサブ領域間の境界の上にそれぞれ配置されるマスキングストリップを含む。マスキング層５５は、マスクを通してパターンリターダー３８上にスパッタリングされ得る、反射性材料、例えば、アルミニウムから製造され得る。あるいは、マスキング層５５は、パターンリターダー３８上にウェブコーティングまたは積層され得る、吸収材料、または偏光材料から製造され得る。あるいは、パターンリターダー３８の設計は、所望されない偏光された光を、例えば、ＬＣパネル面１８において、クリーニング偏光子によってブロックされる偏光状態に回転するマスキング層５５として機能する領域を含んでもよい。
【０１１８】
マスキング層５５を用いる目的は、ストレイライトが投影エンジンを伝わることを防ぐことである。ストレイライトは、マスキング層５５においてブロックされるか、または、クリーニング偏光子においてブロックされる。マスキング層５５のアパーチャは、ストレイライトをブロックし、かつ、有用な光がリターダー層３８を通過することを可能にするために十分な広さである必要がある。光ブロックマスキング層５５を含めることによって、良好に並べられていない限り、システムによって伝達される光は非常に少量なので、最終的なアセンブリにおける偏光変換光学系のアライメントが助けられる。
【０１１９】
上記の実施形態において、マイクロレンズアレイ６および８のピッチは２ｍｍであるが、他のピッチ、例えば、０．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内の任意のピッチも可能であり、対応するＰＢＳアレイピッチは０．２５ｍｍ〜１０ｍｍ範囲内であることが理解される。また、第２の実施形態８におけるマイクロレンズは、例えば、ＵＳ−６，２６０，９７２に記載されているように、第１のメモリアレイ６とは異なる横方向の寸法を有することも可能である。第２の光学素子３２内の層は、同じ材料から製造されてもよいし、異なる材料から製造されてもよいし、また、第１および第２のセットの領域４４および４６は、異なる材料から製造されてもよいし、同じ材料だが異なる厚さを有するように製造されてもよい。
【０１２０】
図１１に示す実施形態は、以下のように改変され得る。単層パターンリターダー３２’は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すタイプの単層ねじれネマチック（ＴＮ）パターン偏光変更層と交換され得る。この実施形態は、図１４および１５とともに図１３Ａおよび図１３Ｂを参照しながら、以下に詳細に説明される。
【０１２１】
図１３Ａに示す実施形態において、第２の光学系素子１３２は、ねじれネマチック構造の液晶材料を含むセットの領域１３２ｂを含み、領域１３２ｂは、実質的に等方性の材料を含むセットの領域と交互に位置する。ねじれネマチック領域１３２ｂについて、上方基板は下方基板のラビング方向に対して直角にラビングされ、液晶ディレクタの不活性状態は、下方基板から上方基板に向けて連続的に９０度ねじれる。これは、層の上に入射する、任意の配向の直線偏光された光が、ねじれ構造で、ステップにおいて、偏光の面を回転させ、方位角が９０度回転した状態で出ることにつながる。実質的に等方性の材料を含むセットの領域１３２ａは、入射する直線偏光された光の偏光に対して実質的に影響を及ぼさない。
【０１２２】
この実施形態において、第２の光学素子１３２は、ねじれネマチック液晶領域１３２ｂがいわゆるＭａｕｇｕｉｎ条件（例えば、「Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｕｓｅｓ」Ｖｏｌ．１、Ｂａｈｄｕｒを参照のこと）で動作するような厚さを有するように調整される。これは、液晶層の厚さｔが、条件ｕ＞＞１を満たしていることを意味する。ただし、ｕ＝２ｔ、Δｎ／λ、Δｎは、液晶の２つの屈折率の差であり、λは光の波長である。実際には、ｕの値が大体４よりも大きい場合、良好なクロマチック挙動が得られた。
【０１２３】
Ｍａｕｇｕｉｎ条件で動作するねじれネマチック液晶のスイッチングスピードは、通常のディスプレイ用途には遅すぎる。しかし、この実施形態において、ＰＣＯＳシステム内で第２の光学素子１３２において用いられるねじれネマチック液晶は、全くスイッチングされる必要がない場合もあり、従って、スイッチングスピードの観点から厚さは重要ではない。
【０１２４】
Ｍａｕｇｕｉｎ条件で動作するねじれネマチック液晶の利点は、その優れたクロマチック挙動であり、これは、ＰＣＯＳシステムにおいて大きな利点である。例えば、図１４は、Ｍａｕｇｕｉｎ条件で動作しているねじれネマチック液晶の透過関数(透過対波長)を、図３の実施形態において利用される２層リターダーと比較して、示す。Ｍａｕｇｕｉｎ条件で動作するねじれネマチック液晶の透過関数が、２層リターダーよりも、ずっと波長への依存度が低く、良好なクロマチック性能を提供することができることが図１４から分かる。
【０１２５】
Ｍａｕｇｕｉｎ条件で動作するねじれネマチック液晶の性能は最適化され得る。ｕの値が増大するにつれ、入射する直線偏光された光が入射する光の波長からはほぼ独立して９０度に回転する状態で、クロマチック性能は向上する。
【０１２６】
厚さを増大させることによってクロマチック性能が向上し得るが、厚さの増大は、最終的には、システムの持続特性に負の影響を与え得る。非常に厚い（例えば、２０ミクロンよりも厚い）素子１３２などの光学素子では、持続性の問題が発生し得、システムのクロマチック性能の向上と、満足できる持続性との間で妥協点が見つける必要がある。図１５に示すように、クロマチック性能は厚さが増大するにつれて向上するが、中間的な厚さ、例えば、１０ミクロンで、満足できるクロマチック性能（平均で２層リターダーよりも良好）が得られ、満足できる持続特性が得られる。
【０１２７】
この光学素子１３２は、単一の層からなるので、類似の２層パターンリターダーよりも、製造が容易で安価になる可能性があるという利点を有する。さらに、図１４に示すように、この単層パターンねじれネマチック光学素子１３２は、図３〜１０を参照しながら記載した、対応する２層のパターンリターダーよりも向上したクロマチック性能を有し得る。単層パターンねじれネマチック光学素子１３２はまた、良好なクロマチック性能を付与するために最適化され得る。
【０１２８】
光学素子１３２を形成することができる複数の方法がある。例えば、図１３Ａに示す例では、光学素子１３２は、まず、フォトレジストの層を置き、等方性領域１３２ａを残すように、マスクを用いて、ねじれネマチック領域に対応する領域をエッチングして取り除き、その後、ギャップに液晶を充填して、ねじれネマチック領域１３２ｂを形成する。
【０１２９】
あるいは、図１３Ｂに示すように、光学素子１３２は、上述したようにねじれネマチック構造の領域１３２ｂと、Ｆｒｅｅｄｅｒｅｉｃｋｓｚ構造の領域１３２ｃとが交互に位置する。ねじれネマチック領域１３２ｂは、入射する直線偏光された光を９０度回転させるように機能し得、Ｆｒｅｅｄｅｒｅｉｃｋｓｚ構造領域１３２ｃは、正確に配向される場合、入射光の偏光状態に影響を与えない。Ｆｒｅｅｄｅｒｅｉｃｋｓｚ構造領域１３２ｃの正確な配向は、バルク液晶ディレクタが入射する光の直線偏光方向に対して実質的に平行または垂直に配向されるということを意味する。
【０１３０】
従って、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すタイプのパターン偏光変更素子は、材料、例えば、パターンされた構造を有する液晶材料の連続的な層として、あるいは、異なるタイプの材料、例えば、フォトレジストと液晶とが交互に配置される領域を有する層として形成され得ることが理解される。
【０１３１】
本願の実施形態は、多くの実際的な用途、例えば、データまたは映像投影のための投影光学系、前面または背面投影システム、デスクトップ投影システム、ならびに、様々な他の家庭用およびビジネス用途がある。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】図１は、第１の従来技術による偏光変換光学系を示す図である。
【図２】図２は、第２の従来技術による偏光変換光学系を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、投影システム、偏光変換光学系、および光学デバイスを示す図である。
【図４】図４は、図３の光学デバイスの第１および第２の光学素子を示す模式図である。
【図５】図５は、構造および動作を説明するために用いられる、図４の第２の光学素子を示す異なる視点からの図である。
【図６】図６は、ある可能な構造の一体型ユニットとして形成された図３のシステムの一部を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図４の第２の光学素子の構造を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第２の光学素子の別の構造を示す斜視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第１の光学素子に関して、第２の光学素子を構成する層の別の順序を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第１の光学素子に関して、第２の光学素子を構成する層の別の順序を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第２の光学素子の層の異なる可能な構造を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第２の光学素子の層の異なる可能な構造を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、第２の光学素子の層の異なる可能な構造を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、第２の光学素子の層の異なる可能な構造を示す図である。
【図１０】図１０は、層のうちの２つが空間的に隔てられている、第２の光学素子のある可能な構造を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施形態による、偏光変換光学系を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第２の光学素子に対して適用されるシールドマスクの様々な構造を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第２の光学素子に対して適用されるシールドマスクの様々な構造を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、第２の光学素子に対して付与されるシールドマスクの様々な構造を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施形態において用いられる他のタイプのパターン偏光変更素子の例を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施形態において用いられる他のタイプのパターン偏光変更素子の例を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３Ａおよび１３Ｂに示すタイプの偏光変更素子と比較した、２層パターン偏光変更素子の透過関数を示すグラフである。
【図１５】図１５は、２種類の異なる厚さの図１３Ａおよび１３Ｂに示すタイプのパターン偏光変更素子の透過関数を示す図である。
【符号の説明】
【０１３３】
６  マイクロレンズアレイ
８  マイクロレンズアレイ
９  偏光分離層
１０  第１の光学素子
１１  反射層
１２  光学素子
３２  ２層パターンリターダー
３３  光学デバイス
３４  第１のビーム
３６  第２のビーム
３８  パターンリターダー
４０  均一リターダー
４２  等方性基板
４４  第１の領域
４６  第２の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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